近期，公司计算凝聚态物理课题组在二维材料带隙调控研究方面取得新进展，相关成果“Toward direct band gaps in typical 2D transition-metal dichalcogenides junctions via real and energy spaces tuning”发表在Nature出版集团旗下刊物《Communications Materials》(2024,5, 188)，硕士研究生田美艳为第一作者，石兴强和王江龙教授为通讯作者。
VIB族二维过渡金属硫化物(TMDs: MoS2、WS2、MoSe2和WSe2)的单层是直接带隙，但是它们之间组成的范德华同质或异质双层结构多数具有间接带隙，这阻碍了它们的一些应用。本工作基于对层间轨道作用的定量分析，证明了大多数由VIB族TMDs组成的双层甚至少层可以通过实空间和能量空间的调控来有效减弱层间相互作用，从而获得直接带隙。实空间调控是指在层间引入大扭转角(如30°±8.2°)以增大层间距，从而减弱层间作用（下图a）；能量空间调控是指在层间引入能量失配（下图b）。由于二维半导体TMDs的垂直介电常数小，也可以通过不同的方法（如吸附范德华电极化层诱导电场）引入能量失配。本文提出的实空间和能量空间的高效调控方法为TMDs和其他二维半导体的同质和异质结的间接-直接带隙调控铺平了道路。值得注意的是，这两种调控都可以不需要外场维持而永久保有，因此我们的工作对二维半导体的直接带隙相关应用具有重要意义。
上述工作依托于河北省计算物理基础学科研究中心，得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、bw必威西汉姆联官网高层次引进人才项目、bw必威西汉姆联官网科研创新团队和青年创新团队项目、河大超算等的资助和支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s43246-024-00631-z
